天然气制氢技术进展.doc

天然气制氢技术研究进展

王亚飞，硕2023班，3112023015

〔西安交通大学化工学院，过程装备与控制工程系，西安710049〕

摘要：天然气制氢是目前最经济的化石资源制氢过程，在天然气化工受到控制的中国，天然气制氢仍然得到特别关注，是近年来的活泼领域，并且在未来20年内仍将占据氢能领域的主要地位。综述了天然气制氢技术的研究进展及开展方向，分析了现有工艺、装置及技术的关键问题和解决思路。

关键词：天然气化工 天然气制氢 综述

天然气利用现状

天然气组成以气态低分子烃为主〔主要成分是甲烷,同时也含有非烃气体〕，相对密度0.65，比空气轻，具有无色、无味〔天然气公司皆遵照政府规定添加臭剂,例如四氢噻吩〕、无毒、可燃的特性。天然气的爆炸极限为5%～15%。

天然气燃烧后生成二氧化碳和水，产生的温室气体是煤炭燃烧的50%，石油的66%。由于天然气热值高，燃烧产物对环境污染少，是未来世界普遍采用的清洁能源。世界能源结构逐步发生变化，各国政府也通过立法程序来传达这种趋势，开展天然气工业已经成为世界各国改善环境和维持经济可持续开展的最正确选择。

1.1 天然气资源

世界天然气可采储量约137亿t石油当量，和石油资源相当，储采比高达70:1。2023年，世界天然气消费量为3.17万亿立方米，在一次能源消费结构中占23.8%。我国的天然气资源量约为38万亿立方米，1996-2007年我国天然气产量如图1所示，预测到2023年我国每年将新增1839亿立方米的可采储量。

图11996-2007年我国天然气产量[1]

天然气作为一种优质高效的清洁能源和化工原料，已被广泛地应用于我国国民经济生产和生活中的各个领域，主要用于城市燃气、工业燃料、化工和发电这四大行业。2000年以来，我国天然气消费进入快速增长阶段，2023年，我国天然气消费量突破1000亿立方米大关，到达1070亿立方米，在一次能源消费总量中所占比例为4.4%[2]。2023年我国天然气产量到达1100亿立方米，消费量约1300亿立方米[3]。“十一五〞期间，我国天然气消费增长尤其迅速，天然气消费量年均增长123亿立方米，年均增长率为18.5%。1996-2006我国天然气消费量如图2所示。

图21996-2006我国天然气消费量[1]

1.2天然气利用

不同国家对于天然气的利用方向不同，总体上可以归纳为三种利用模式：结构均衡型、以发电为主型以及以城市燃气为主型。

结构均衡型就是在天然气利用结构中城市燃气、工业燃料〔国际上通常将化工类利用列入工业燃料中〕和发电的比例相比照拟平均，根本上是“三分天下〞，国际上属于此种模式的国家以美国最为典型；以发电为主型是在天然气利用结构中天然气发电所占比例大，根本上是“一电独大〞，国际上属于此种模式的国家包括日本、韩国、俄罗斯等；以城市燃气为主型即在天然气利用结构中城市燃气所占比例较大，国际上属于此种模式的国家包括荷兰、英国等。

在我国，天然气作为一种优质高效的清洁能源和化工原料，已被广泛地应用于我国国民经济生产和生活中的各个领域，主要用于城市燃气、工业燃料、化工和发电这四大行业。1996年，我国天然气的消费结构为城市燃气占14%、工业燃料占37%、发电占4%、化工占45%。2000-2023年，城市燃气占比由18%增至24%，工业燃料用气由41%降至36%，化工用气由37%降至20%，发电用气由4%增至20%。2000年以来，城市燃气作为主要利用方向，所占比例增长了6个百分点；工业燃料用气比例有所下降，主要原因是其用量由最初的油气田周边自用向城市燃气转移；发电占比增长较大，主要原因是长三角和东南沿海地区近年来新上燃气发电工程较多；化工用气占比大幅度下降，主要原因是受到天然气利用政策的引导和价格的抑制。

1.3天然气化工

世界天然气化工从20世纪20年代至今一直保持稳定开展,近20多年开展速度加快,20世纪70年代世界约5%左右的天然气资源用作化工原料，20世纪80年代上升到约10%。目前世界石油资源日趋紧缺,油价不断刷新高位价格记录,而天然气的储量和产量增长均超过石油，为此天然气化工利用受到许多国家和地区的重视。

天然气的化工利用主要是通过间接途径，即先把天然气转化为合成气〔CO+H2〕，再将合成气转化成化学品和液态烃。典型的天然气化工产品链有4条：合成氨产业链、氢氰酸产品链、乙炔化工产品链、以大型甲醇为龙头的产业链[2,3]。目前间接转化成化学品的大宗产品为合成氨和甲醇，这两种化学品市场在我国处于饱和状态。由于石油资源日益短缺和环保要求日趋严格，天然气合成油〔GTL〕、天然气制烯烃〔GTO〕、生产含氧化合物和天然气制氢等受到特别关注，是近年来的活泼领域[2]。其中，天然气制氢技术已经较为成熟。

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